发电系统可靠性研究

发电系统可靠性研究

发表时间：2019-11-12T14:23:01.543Z 来源：《基层建设》2019年第22期作者：齐芸芸[导读]

国网山西省电力公司 030032

电力系统可靠性包括两个方面的内容：即充裕度和安全性。充裕度是指电力系统有足够的发电容量和足够的输电容量，在任何时候都能满足用户的峰荷要求，表征了电网的暂态性能。安全性是指电力系统在事故状态下的安全和避免连锁反应而不会引起失控和大面积停电的能力，表征了电力系统的动态性能。

电力系统的根本任务是尽可能的经济而可靠的将电能供给各种规模的用户。作为目前最清洁和使用最方便的二次能源，电力在推进社会进步，经济繁荣，提高人民生活质量方面发挥着越来越重要的作用，人们对电力的依赖程度也越来越高。电力系统可靠性的重要性也日益凸显出来。定量评定和改善电力系统可靠性越来越受到人们的重视。

近年来，世界和我国的电力工业状况均发生重大变化，电力系统可靠性技术领域也取得了重要进展。例如，随着竞争机制的引入，许多国家的电力管理体制已经或正在经历空前的变革，向着放松管制的商业化方向发展，如何处理好经济和安全，即使电力系统在适应竞争机制的同时又保持合理的可靠性水平，特别是风力发电及水利发电也要并入电网的情况下，可靠性分析变得更加复杂和棘手；在电力设备和电力工程的设计和建设中如何体现可靠性合理，经济上最优；大规模发输电系统可靠性如何实现可靠性评估；电力系统可靠性管理的广度和深度如何进一步发展；如何提高核电站及其相关联的电力系统可靠性等等是当前的主要问题。由此可见，发电系统可靠性研究的必要性和意义。

1.发展历程

人们是从什么时候开始研究发电系统可靠性问题的呢？最早是在上世纪30年代用概率的方法分析电力系统可靠性，但只限于估计发电系统的备用容量。这种方法在当时并没有得到广泛应用，主要原因是由于数据缺乏且受计算工具的限制，没有可行的可靠性评估技术以及不愿使用概率方法，还有对概率判据、风险指标的意义和重要性理解错误等。直到1948年，美国电机工程学会（American Institute of Electrical Engineers 简称AIEE）创立了概率方法应用分会，才对之前的工作进行了总结，引起了人们较多的注意。

我国在电力系统可靠性评估方面的研究起步较晚，70年代后才着手电力系统可靠性研究。1983年我国成立了中国电机工程学会可靠性专业委员会，同年成立了中国电工技术学会电工产品可靠性研究会。1985年在水利电力部成立了电力可靠性管理中心，开展发电设备、输变电设备、配电设备和系统的可靠性统计工作。一些大学和研究机构也开展了电力系统可靠性的理论研究和教学，取得了不少成果，发表了许多论文和专著。这些都大大推动了我国电力系统可靠性的研究。

进入90年代，我国电力系统可靠性研究和应用有了新的进展，开发出自主版权的评估软件，并得到应用；发电、输变电设备的可靠性统计制度化且开始用于电力企业的管理。1999年6月，中国电力企业联合会成立了电力行业可靠性管理委员会。

2.研究现状

电力系统是一个复杂、动态的系统,习惯上将其分为若干子系统,如：发电系统、输电系统、发输电系统、配电系统和发电厂变电所电气主接线等，这些子系统的功能特点不同，使用的评估方法和采用的可靠性指标也不一样，其完善程度存在着很大的差异。相比之下，发电系统作为电力系统中十分重要的一个环节，发电系统的可靠性研究作为研究重点已较为成熟，国内外都取得了很多应用成果，例如对以下问题的研究：可靠性指标的设定；可靠性指标计算方法的探究以及提高系统可靠性措施的研究，包括：发电系统可靠性分析的随机生产模拟研究，不确定法在发电系统可靠性评估中的应用，发电系统可靠性指标的研究，以及电力市场下的可靠性研究等。尽管在发电系统可靠性方面已取得很多成果，但是对发电系统安全性的评估在国内外仍处于起步和探索阶段。随着社会的发展，用电需求激增，发电机组的装机容量越来越大，过去发电系统可靠性评估模型所使用的两状态模型对大型发电机组的评估结果不能令人满意，因此，建立大型发电机组的多态模型是非常必要的。另外，对发电系统可靠性薄弱环节的识别和各种因果假设分析的研究还不够充分，仍需进一步研究。

现在常用的评估发电系统可靠性的方法主要是解析法和模拟法。其中解析法包括：电力不足概率法（LOLP）；电量不足概率法（LOEP）；频率及持续时间法（F﹠D）；电力不足期望值法（LOLE）。以上四种方法的共同特点是：组件及系统的寿命过程均用数学模型表示，可靠性指标可以通过求解数学模型的方法得到。其特点是：物理概念清晰，逻辑关系明确，模型精度高。但是当系统很复杂时，用解析法构造模型十分困难，而且计算量也会随系统的规模呈指数关系增长，所以，解析法在系统庞大时会受到限制。解析法在美国、加拿大、英国等地区的应用比较广泛。

模拟法，又叫蒙特卡罗法。模拟法是在计算机上模拟组件或系统寿命过程的一次实际实现，并按照对比模拟过程进行若干时间的观察，估计所求的可靠性指标。其特点是：原理简单，受限因素较少，适用于大型系统的可靠性评估。模拟法虽然也使用数学模型，但是它通过在模型上进行采样试验求得结果，类似于通常的统计实验。它是一种非常灵活的方法，且在处理某些问题时可能是唯一的方法。正是由于其明显的统计性质，它的计算结果不够精确且计算效率不高。模拟法在西欧各国比较流行。

近年来，人工智能技术逐渐渗透到电力系统可靠性评估领域，以弥补常规评估方法的不足。例如，贝叶斯网络方法，它是以概率论为基础的，最显著的特点是：对不确定知识的准确、直观的表示和灵活、快捷的推理。因此，基于贝叶斯网络的方法不仅能方便的表述系统能够提供的容量和负荷需求之间的平衡关系，而且通过高效的贝叶斯网络推理算法有效地计算系统失去负荷的概率和其他各种概率。

在电力控制领域，20世纪60年代初，美国一家小电厂最早使用了计算机控制系统。而在60年代中期，北京西部的高井电站成功研制并安装了全自动数字闭环发电、配电管理系统。电力工作者们很早就想到了要将计算机技术和现代化的科学理论与电力系统可靠性的研究相结合的方法，从而促进电力系统可靠性研究和工程应用的飞速发展。但是当时存在的阻碍很多，因为能满足大型电力系统可靠性评估实际需要的有效算法尚且不多，加上电力系统本身的特点，使电力系统可靠性计算非常复杂。直到林里和伍德等人发表了一批文章，介绍了建立容量模型的递推算法和便于应用数字计算机的负荷模型组合算法以后，这种指标才得到了实际应用。

发电系统的可靠性评估技术相对而言较为成熟，近年来国内国外许多专家、学者一直致力于发电系统的可靠性与计算机技术相结合的研究，虽然面临着许多问题，存在的困难不少，但是未来的发展前途很广阔，也取得了一些工程上应用的成果：不仅开发了发、输电组合系统、高电压配网、中压配网和电站电气主接线可靠性评估软件，在电力系统的相关领域中，电网可靠性规划，电网可靠性改造，可靠性开关优化，配电网可靠性重构都是可靠性在实际中应用的成果。